摘 要： 潛艇主機遙控系統(tǒng)是潛艇主動力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其工作狀態(tài)和接口信號十分復雜。結(jié)合虛擬儀器的思想，充分利用計算機的強大功能，合理整合軟硬件資源，詳細分析了構(gòu)建自動測試系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，研究了實現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。利用標準化、通用化的硬件資源，配以自行研制的接口電路，構(gòu)建了自動測試系統(tǒng)的硬件平臺，實現(xiàn)了激勵和測試功能。通過編制完善的軟件，完成了繁雜的數(shù)據(jù)分析和邏輯推理功能。該自動測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙控系統(tǒng)整機和各分機的性能測試，并能夠?qū)收显O備進行詳細的故障診斷，將故障定位到元器件或者回路。
關(guān)鍵詞： 遙控系統(tǒng);虛擬儀器（VI）;自動測試系統(tǒng)（ATS）;故障診斷
Abstract: The remote control system of submarine’s main marine engine is the key part of submarine’s main power system and has various working status. It’s interface signal is very complicate. Combined with the thought of virtual instrument, every part to build the automatic test system is analyzed in detail and the key technologies in it’s implementation are studied. The strong function of computer is fully utilized and the software and hardware resources are rationally integrated. The hardware platform of the automatic test system is built to accomplish the functions of excitation and test by using the standard and general hardware resources, together with the interface circuits which are self-designed. The application is programmed completely to accomplish the complex functions of data analysis and logic reasoning. This automatic test system can not only test the functions of the remote control system as a integer or any sub-equipment, but also can diagnose the faults of the equipment. The fault component or fault loop can be located precisely.
Keywords: remote control system; virtual instrument （VI）; automatic test system （ATS）; fault diagnosis
0 引 言
虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)代計算機技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當今自動測試領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。其核心是利用飛速發(fā)展的計算機技術(shù)，通過共享計算機內(nèi)部的軟、硬件資源，編制、運行儀器軟件，建立圖形環(huán)境和在線幫助機制，完成數(shù)據(jù)分析和處理功能，用靈活的虛擬軟面板實現(xiàn)儀器的激勵、測試和控制功能 [1, 2]。
潛艇主機遙控系統(tǒng)是潛艇主機的自動控制、狀態(tài)監(jiān)測和安全保護設備，是潛艇主動力系統(tǒng)的核心部件，它對潛艇動力系統(tǒng)的安全、可靠運行十分重要，關(guān)系到整艘潛艇的安全性，是保證潛艇在航率和完成戰(zhàn)斗使命的關(guān)鍵因素。因此，無論是在設計制造階段，還是在潛艇服役后的各等級維修階段，都必須對潛艇主機遙控系統(tǒng)的各項功能進行全面的測試，使其滿足戰(zhàn)技術(shù)要求。目前國內(nèi)進行測試時只能采用人工操作、經(jīng)驗判別的方式，過程復雜且工作效率低。這種測試方法已經(jīng)跟不上現(xiàn)代裝備維修保障工作的需要，更無法滿足現(xiàn)代高新技術(shù)裝備的測試要求[3]。有鑒于此，本文結(jié)合虛擬儀器的思想，研究了構(gòu)建自動測試系統(tǒng)的詳細過程，分析了實現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，并研制出了某型潛艇主機遙控系統(tǒng)的自動測試系統(tǒng)。
1 測試需求分析和總體方案設計
1.1 測試需求分析
根據(jù)主機遙控系統(tǒng)的工作環(huán)境和測試工作的需要，所設計的自動測試系統(tǒng)應具有以下功能：
1） 測試系統(tǒng)本身的自檢自校能力。
結(jié)合裝備的實際情況[1, 3]，對自動測試系統(tǒng)進行設計時，應該遵循以下基本原則：
1） 以滿足部隊作戰(zhàn)需求、提高戰(zhàn)斗力為基本目標，保障武器裝備系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，提高可測試性和可維修性。
1.2 自動測試系統(tǒng)總體方案設計
自動測試系統(tǒng)的基本思想是：向被測對象送出測試矢量，接收對象在該測試矢量激勵下的響應信息，再根據(jù)激勵與響應之間的關(guān)系分析并“決策”和“產(chǎn)生”下一個激勵信號，如此進行下去，最后對激勵序列和響應序列進行分析和處理，判斷被測試對象的功能是否正常，進而進行故障分析和故障定位。
在詳細分析主機遙控系統(tǒng)的工作原理的基礎上，結(jié)合國內(nèi)外自動測試技術(shù)的先進思想[4～6]，根據(jù)測試需求，確定本文研究的自動測試系統(tǒng)的總體測試方案如下：
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 遙控系統(tǒng)硬件組成
潛艇主機遙控系統(tǒng)由原動機遙控裝置、離合器保護和信號裝置、電源和信號裝置、原動機狀態(tài)復示裝置組成，各部分的連接關(guān)系及與潛艇上其它設備的連接關(guān)系如圖1所示。虛線部分為潛艇主機遙控系統(tǒng)。
遙控系統(tǒng)各部分的主要功能如下：
1） 原動機遙控裝置。在原動機處于遙控狀態(tài)時，完成原動機的盤車、吹車、啟動、調(diào)速、正常停車、應急調(diào)節(jié)器停車、應急保護停車等功能，顯示原動機的運行狀態(tài)、報警信號、停機信號，并與離合器保護和信號裝置一起對原動機進行安全保護。
4） 原動機狀態(tài)復示裝置。根據(jù)原動機遙控裝置中各量的狀態(tài)對原動機的運行狀態(tài)、報警信號、停機信號等進行復示。
2.2 自動測試系統(tǒng)硬件組成
虛擬儀器具有硬件少、體積小、重量輕、功能強、可擴充性強等優(yōu)點。與傳統(tǒng)儀器一樣，虛擬儀器可以劃分為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表達與輸出三大功能模塊。結(jié)合虛擬儀器的思想[2,7]，設計自動測試系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方案如圖2所示。
圖2中被測試對象是待測試的遙控系統(tǒng)整機或者某一分機。電源電路向遙控系統(tǒng)和信號調(diào)理電路供電，其中遙控系統(tǒng)需要的是特殊的電源，需要購買專門的電源或者自行設計電源變換電路。
為了實現(xiàn)遙控系統(tǒng)整機或分機的自動測試，需要為其設計專門的接口電路和信號調(diào)理電路，信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集設備和被測試對象之間的所有信號都通過它傳遞，其主要作用有：①將信號發(fā)生器發(fā)出的信號（模擬量、數(shù)字量等）根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成遙控系統(tǒng)所能接受的信號;②將遙控系統(tǒng)產(chǎn)生的信號（模擬量、數(shù)字量等）轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集設備所能接受的信號。
信號發(fā)生器的主要作用是：在工控機的控制下產(chǎn)生相應的信號，經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換后送到遙控系統(tǒng)，即產(chǎn)生激勵矢量。
數(shù)據(jù)采集設備的主要作用是：在工控機的控制下，采集遙控系統(tǒng)在激勵矢量作用下的響應信號（經(jīng)過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換），然后將信號送到工控機進行數(shù)據(jù)分析和處理。
工控機在軟件的指揮下控制整個自動測試系統(tǒng)的運行，也是人機交互的主要途徑，它根據(jù)需要控制信號發(fā)生器向遙控系統(tǒng)發(fā)出激勵矢量，同時將遙控系統(tǒng)的響應矢量進行數(shù)據(jù)分析和處理，判斷被測對象的功能是否正常并對其進行故障診斷，最后將判斷結(jié)果及診斷信息通過顯示設備進行顯示或通過打印機進行打印。
3 自動測試系統(tǒng)的軟件設計
虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境目前主要有兩類：一類是文本式的編程語言，如Visual C++、Visual Basic、C++、 LabWindows/CVI等;另一類是圖形化編程語言，具有代表性的有LabVIEW、HPVEE等[8]。圖形化編程語言和文本式編程語言相比，具有編程簡單、直觀、開發(fā)效率高的特點;而文本式編程語言靈活性較好，用戶可以靈活的添加功能，而且比圖形化編程軟件開發(fā)成本低。考慮到本自動測試系統(tǒng)有大量的信號仿真、信號檢測、數(shù)據(jù)處理，而且需要有大量的圖形界面處理，選擇LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺。程序框圖如圖3所示。
系統(tǒng)開機后，首先進行測試系統(tǒng)本身的自檢，如無異常，進入自動測試系統(tǒng)主界面，如圖4所示。用戶可以根據(jù)需要選擇測試方案，測試方案分為以下三種：
1） 整機功能測試。點擊主界面上的“整機功能測試”按鈕進入整機功能測試主界面。當控制系統(tǒng)的所有設備正常連接時，針對控制系統(tǒng)整體的所有功能（電源變換功能、信號指示功能、原動機控制功能、遙控和保護功能），仿真模擬被控對象的工作過程，按照程序設置送給控制系統(tǒng)所需的輸入信號，檢測其輸出信號，根據(jù)輸入矢量和輸出矢量之間的關(guān)系判斷整機功能是否正常。如果功能測試不正常，則控制系統(tǒng)有故障，將故障定位到分機。
2） 分機功能測試。在“分機功能”測試區(qū)點擊分機名稱按鈕進入相應分機的測試界面。根據(jù)該分機的工作原理和功能，仿真模擬被控對象的工作過程和與其相聯(lián)系的其它分機的耦合信號，按照程序設置送給該分機所需的輸入信號，檢測其輸出信號，根據(jù)輸入矢量和輸出矢量之間的關(guān)系判斷該分機功能是否正常。若不正常，則該分機有故障，視具體情況可以初步確定該分機的故障性質(zhì)和故障部位。
3） 故障設備的故障診斷。當通過“整機功能測試”或“分機功能測試”判斷出某個分機故障時，就要對該分機進行詳細的故障診斷。故障診斷時可以采用各種合理、先進的故障診斷方法搜尋故障的原因，盡可能將故障定位到元器件，提高故障診出率，并盡量減少漏報和誤報現(xiàn)象。本系統(tǒng)中采用以故障樹分析法為主、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡推理為輔的診斷方法。對故障設備故障樹的構(gòu)造，采取理論與實踐相結(jié)合的方法，即在詳細分析其工作原理的基礎上，結(jié)合大量的人工診斷的經(jīng)驗，構(gòu)造合理的故障樹。故障診斷時，先將故障樹結(jié)構(gòu)存入計算機中，然后采取自上而下的方式進行故障搜尋和定位，測試時，工控機根據(jù)需要不斷向故障設備送出故障激勵矢量，同時采集關(guān)鍵電子元器件的響應矢量，根據(jù)激勵矢量和響應矢量的關(guān)系進行故障定位。當需要輔助推理時，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡推理方法，最終搜尋到故障的真正原因。當需要人工輔助時，軟件會提示用戶進行輔助測試，并提示人工輔助的方法。
4 結(jié)論
本文詳細分析了構(gòu)建基于虛擬儀器的自動測試系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，研究了實現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。并以LabVIEW為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)出了某型潛艇主機遙控系統(tǒng)的自動測試系統(tǒng)，該自動測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙控系統(tǒng)整機和各分機的性能測試，并能夠?qū)收显O備進行詳細的故障診斷。實際使用表明，該自動測試系統(tǒng)功能完善、界面直觀、操作簡便、故障診出率高。
本文作者創(chuàng)新點：
1） 研究了將虛擬儀器技術(shù)應用于遙控系統(tǒng)自動測試過程中的關(guān)鍵技術(shù)。
2） 通過合理整合軟、硬件資源，將上述技術(shù)應用于實際，研制出了某型遙控系統(tǒng)整機和各分機的自動測試系統(tǒng)。
參考文獻
[1] 黃智剛. 機載無線電設備自動測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 北京: 北京航空航天大學, 2002.
